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Trabajo practico N°2

Materia: Sistema mecánico.

Escuela: E.E.S.T N°4 Gral. E Mosconi

Profesor: Aserbi Gastón.

Tema: Tanques de almacenamiento y recipientes a

presión.

Integrantes Email

• Flores Ezequiel | ramiromiro1234567@gmail.com

• Lencina Joaquín | pokjoaquin@hotmail.com

• Luque José | shumate4500@gmail.com

• Montenegro Federico | fedeM02@outlook.com

• Olivera Lucas | Luks21_@hotmai.com

Fecha de entrega: 20 de agosto de 2015

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Recipientes a presión

Definición

Un recipiente a presión o deposito bajo presión es un contenedor diseñado para contener fluidos (gases o líquidos) a presiones muchos mayores que la presión ambiental ya sea presión interna o externa.

Los recipientes a presión pueden clasificarse en:

 

Los recipientes bajo presión están sujetos a diversas cargas, que causan

esfuerzos en las diferentes partes del recipiente. El tipo e intensidad de los

esfuerzos es función del tipo de las cargas, de la forma del recipiente y de su

construcción.

Las cargas a las que pueden estar sometidos son las siguientes:

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Presión Interna o externa

Peso del recipiente y su contenido

Reacciones estáticas del equipo auxiliar, tubería, revestimiento, aislamiento,

piezas internas, apoyos

Reacciones cíclicas y dinámicas debidas a la presión o a las variaciones térmicas

Presión del viento y fuerzas sísmicas

Reacciones por impacto debido a choque hidráulico

Gradientes de temperatura y expansión térmica diferencial

Normativa recipientes a presión

Código ASME sección VIII División 1 : Recipientes a presión Normas de calidad ISO: ISO 9001: Sistema de calidad ISO 9002: Sistema de calidad – modelo para aseguramiento de calidad en

producción, instalación y servicios. ISO 9003: Sistema de calidad – modelo para aseguramiento de calidad en

prueba de inspección final. ISO 9004: 2000 Sistemas de gestión de la calidad – Directrices para la

mejora del desempeño ISO 10005: 2005 Sistemas de gestión de la calidad-directrices para los

planes de la calidad ISO 148-1: 2006 ISO 148-2/-3: 2008 Prueba de impacto de péndulo charpy. ISO 6507-1/-2: 2005 Prueba de dureza vickers. ISO 6508-1/-2: 2005 Prueba de dureza Rockwell, escala A, B, C, D, E, F, G,

H, K, N, T.

Partes de un recipiente a presión

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Parte descriptiva

Todo recipiente a presión está formado por la envolvente, dispositivos de sujeción o apoyo del propio equipo, conexiones por las que entran y salen los fluidos, elementos en el interior y accesorios en el exterior del recipiente. A continuación se procede a describir brevemente cada una de estas partes, mostrando la diversidad de posibilidades en cada una de ellas:

Envolvente:

Es una envoltura metálica que forma propiamente el recipiente. Como ya se ha indicado, los aparatos cilíndricos son los más utilizados, y en ellos la envolvente está formada, básicamente, por dos elementos: la parte cilíndrica o cubierta (carcasa) y los fondos o cabezales. Si la cubierta está constituida por varios cilindros de diversos diámetros, la unión entre ellos se realiza generalmente por figuras troncocónicas que realizan la transición.

1. Cubierta.La cubierta está formada por una serie de virolas soldadas unas con otras, entendiéndose por virola un trozo de tubería o una chapa que convenientemente curvada y soldada forma un cilindro sin soldaduras circunferenciales.

La unión de varias virolas forma la cubierta, de forma que la suma de las alturas de los cilindros obtenidos por las virolas sea la requerida por la cubierta.

Las soldaduras de una virola son axiales o longitudinales, ya que están realizadas siguiendo la generatriz del cilindro, al contrario, las soldaduras que unen virolas, o los cabezales con la cubierta, son circunferenciales o transversales, por estar realizadas siguiendo una circunferencia situada, obviamente, en un plano perpendicular al eje del cilindro.

Cuando el diámetro de cubierta es menor de 24 pulgadas (60.9 cm) se utiliza, normalmente, tubería, y en diámetros superiores se realiza a partir de chapa.

Dispositivos de sujeción o apoyo

Todo recipiente debe ser soportado, es decir, su carga debe ser transmitida al suelo o a alguna estructura que las transmita al suelo; esta misión la

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cumplen los dispositivos de sujeción o apoyo. Las cargas a las que está sometido el recipiente y que transmitirá al suelo a través de su apoyo son:

- Peso propio.- Peso del líquido en operación normal, o agua en la prueba hidráulica.- Peso de todos los accesorios internos y externos.- Cargas debidas al viento.- Cargas debidas al terremoto.

Los dispositivos de apoyo, así como los pernos de anclaje que los fijan al suelo o estructura portante, deberán estar dimensionados para que resistan cada una de las condiciones de carga posible del recipiente.

Los recipientes a presión se subdividen en dos clases, dependiendo de la posición en que se encuentran instalados:

- Recipientes Verticales.- Recipientes Horizontales.

- Patas.- Faldón cilíndrico o cónico.- Ménsulas.

Cada uno de estos dispositivos tiene las siguientes características:

a) Patas: Con este tipo de dispositivo de sujeción el recipiente se apoya en 3 o 4 patas soldadas a la cubierta. Estas patas son perfiles en L-U-I soldados por encima de la línea de soldadura, bien directamente a la cubierta o bien a una placa de refuerzo soldada sobre el recipiente; la primera solución se utiliza para cubiertas en acero al carbono y de pequeño peso, mientras que la segunda se utiliza para cubiertas en acero aleado o recipientes de gran peso; en esta segunda solución el material de la placa es igual al de la cubierta y las patas son de acero al carbono. Cada pata está fijada al suelo por un perno de anclaje que resiste las cargas de tracción.

La sujeción por medio de patas se utiliza en recipientes de altura no superior a 5 m y diámetros no superiores a 2.4 m, siempre que los esfuerzos a transmitir no sean excesivos, o dicho de otro modo, siempre que el peso no sea muy grande, en cuyo caso se utilizará como apoyo el faldón cilíndrico.

b) Faldón cilíndrico o cónico: En los recipientes que no pueden ser soportados

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por patas, bien sea por su tamaño o por tener que transmitir esfuerzos grandes, se utilizan los faldones cilíndricos, consistentes en un cilindro soldado al fondo. Con este tipo de apoyo la carga se reparte uniformemente a lo largo del perímetro de la circunferencia de soldadura, evitando concentraciones de esfuerzos en la envolvente y disminuyendo la presión transmitida al suelo.

Los pernos de anclaje se sitúan a lo largo del perímetro de la circunferencia de apoyo y a una distancia entre 400 y 600 mm, según el tamaño y el número requerido. En todo caso, el número de pernos deberá ser múltiplo de 4 (4, 8, 12, 20, 24).

Si la presión transmitida sobre el suelo es muy grande o el número requerido de pernos no cabe en la circunferencia del faldón, se realiza un faldón cónico que aumenta el tamaño de esta. El semiángulo del cono no debe ser mayor a 6º.

Para evitar momentos debidos al peso del recipiente se debe realizar el faldón de forma que su diámetro medio coincida con el diámetro medio de la cubierta.

Este tipo de apoyo es el más utilizado para torres, reactores y recipientes de tamaño medio y grande.

Al diseñar los faldones se debe tener en cuenta que ha de incluirse un acceso a su interior (dimensiones mínimas de 600 mm de diámetro) y unas ventilaciones para evitar la acumulación de gases en su parte interna.

c) Ménsulas: Es el tipo de apoyo utilizado en recipientes verticales que deben soportarse en estructuras portantes, cuando las dimensiones y cargas no son muy grandes. El número de ménsulas utilizadas son 2, 4, 8 y raramente mayor, pero si así fuera necesario, su número deberá ser múltiplo de 4. Al igual que las patas, pueden ser soldadas directamente a la cubierta o a una placa de refuerzo soldada al recipiente. Las razones que conducen a la adopción de uno u otro sistema son las mismas a las expuestas en el caso de apoyos del tipo de patas.

Para la columna de destilación los dispositivos que mejor se ajustan es el faldón cilíndrico, ya que nuestro recipiente es de gran tamaño, y este tipo de sujeción o apoyo aguantara mejor el peso de la columna evitando así que se puedan producirse concentraciones de esfuerzos.

Conexiones

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Todo recipiente debe tener como mínimo una conexión de entrada del fluido y otra de salida, aunque siempre tienen muchas más. Seguidamente se indican los servicios más comunes que precisan conexiones en el recipiente:

- De entrada y salida de fluidos.- Para instrumentos, como manómetros, termómetros, indicadores o reguladores de nivel.- Para válvula de seguridad- Para servicios tales como drenaje, venteo, de limpieza, paso de hombre, paso de mano, etc.

Salvo en casos excepcionales, las conexiones se realizan embridadas, ya que permiten su montaje y desmontaje sin tener que realizar ningún corte ni soldadura. Solamente en casos de fluidos extremadamente tóxicos, o altamente explosivos en contacto con el aire, se realizan las conexiones soldadas.

Las diversas partes que conforman la conexión embridada son las siguientes:

- Tubuladura.- Placas de refuerzo.- Brida.- Pernos y turcas.- Juntas o guarniciones.- Tapas o bridas ciegas para las conexiones de servicios.

Accesorios externos

En la parte exterior de la envolvente van soldados numerosos accesorios, de los cuales indicaremos los más comunes:

- Soportes de instalación del aislamiento: Cuando la temperatura del fluido interior es superior a 60º C, o bien inferior a 0º C, se debe instalar un aislante para impedir la pérdida de calor o evitar el calentamiento del interior, así como por protección personal. Para poder aplicar el aislamiento se sueldan unos anillos que servirán de soporte de las mantas de aislamiento.

- Anclajes para aplicación de protección contra incendios: Si un equipo está instalado en una zona donde existe peligro de incendio, se aplica a su parte inferior (soporte normalmente) un cemento que los protege del fugo. Para aplicar este cemento se sueldan unos anclajes que sirven de soporte del cemento

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antifuego.

- Soportes de escalera y plataformas: Cuando se prevé instalar escaleras y plataformas, se sueldan unas pequeñas placas en la envolvente (clips), a las que se atornillan estas escaleras y plataformas para su sujeción.

- Soportes para tuberías: De igual forma que para las escaleras se instalan unos clips para la soportación de las tuberías que bajan a lo largo del recipiente.

- Pescantes: Si el recipiente contiene elementos pesados en su interior, como platos, rellenos, etc., es necesario instalar un pescante en la parte superior del equipo para facilitar la instalación la retirada de dichos elementos.

Usos y aplicaciones de recipientes a presión

Los recipientes de presión se utilizan en numerosas aplicaciones en la industria y los servicios. Los mismos se utilizan para el transporte, producción, manipulación, almacenamiento y procesos de transformación de líquidos y gases en todo tipo de industrias y aplicaciones.

Ejemplos de recipientes de presión y su uso son: torres de destilación, despojadores, autoclaves, etc., en refinerías, petroquímicas, minería, etc., así como industrias donde se requieren reservorios para almacenar gases, reservorios hidráulicos a presión, y tanques de almacenamiento de gases licuados como amoníaco, propano, butano, gas licuado del petróleo, etc.

En principio los recipientes de presión podrían tener casi cualquier forma, sin embargo por lo general se utilizan formas que son secciones de esferas, cilindros y conos. 

Ventajas y desventajas de un recipiente a presión

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Tanques de almacenamiento

Definición:

Los Tanques de Almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilíndrica, que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o gases a presión ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el calificativo de Tanques de Almacenamiento Atmosféricos. Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar líquidos, y son ampliamente utilizados en las industrias de gases, del petróleo, y química, y principalmente su uso más notable es el dado en las refinerías por sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades.

Tipos de taquesTanques atmosféricos. Se empleas aquí el término de "tanque atmosférico" para cualquier depósito diseñado para su utilización dentro de más o menos vanos centenares de pascales (unas cuantas libras por fi cuadrado) de presión atmosférica. Pueden estar abiertos a la atmósfera o cerrados. Por lo común, se obtiene el costo mínimo en una forma cilíndrica vertical y un fondo relativamente plano al nivel del terreno.

Tanques elevados. Estos pueden proporcionar un flujo grande cuando se requiere, pero las capacidades de bombeo no tienen que ser de más de flujo promedio. En esa forma, es posible ahorrar en inversiones de bombas y tuberías. También proporcionan flujo después que fallan las bombas, lo que constituye una consideración importante en los sistemas contra incendios.

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Tanques abiertos. Estos se pueden utilizar para almacenar materiales que no se vean dañados por el agua, el clima o la contaminación atmosférica. De otro modo, se necesitará un tejado, ya sea fijó flotante. Los tejados fijos suelen ser escalonados o de cúpula. Tos tanques grandes tienen tejados escalonados con soportes intermedios. Puesto que las presiones son desdeñables, las principales cargas de diseño son la nieve y el viento. Con frecuencia se pueden encontrar los valores que se requieren en los códigos locales de la construcción.

Los tanques atmosféricos de tejados fijos requieren ventilas para evitar los cambios de presión que se producirla de otro modo debido a los cambios de temperatura y el retiro o la adición de líquidos.

Tejados flotantes: Estos deben tener un sello entre el tejado y el cuerpo del tanque Si no se protege mediante un tejado fijo, deben tener drenes para la eliminación del agua y el cuerpo del tanque debe tener una viga contra el viento" , con el fin de evitar las distorsiones. Una industria ha desarrollado una técnica para ajustar los tanques existentes, con tejados flotantes

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Tanques a presión. Se pueden construir tanques cilíndricos verticales con tejados escalonados o de cúpula, que funcionan a presiones por encima de varios cientos de pascales (de unas cuantas libras por pie cuadrado); pero que se acercan todavía bastante a la presión atmosférica, según las especificaciones de la norma API 650 La fuerza de la presión que actúa sobre el tejado se trasmite al cuerpo del tanque, que puede tener un peso suficiente para resistirla. Si no es así, la fuerza ascendente actuará sobre el fondo del tanque. Sin embargo, la resistencia del fondo es limitada y si no es suficiente, será preciso utilizaron aniño de anclaje o una cimentación fuerte En los tamaños mayores, las fuerzas ascendentes limitan este tipo de tanques a las presiones muy bajas.A medida que aumenta el tamaño o la presión se hace necesaria la curvatura en todas las superficies.Estanques y almacenamiento subterráneo. Los materiales líquidos de bajo costo, si no se dañan debido a las lluvias o a la contaminación atmosférica, se pueden almacenar en estanques.

Se puede formar uno de estos últimos mediante la excavación o la construcción de presas en una barranca. Para evitar las pérdidas por filtración, el suelo que estará sumergido puede requerir un tratamiento para hacerlo suficientemente impermeable.

Esto se puede lograr también recubriendo el estanque con concreto, películas de plástico o alguna otra barrera. La prevención de las filtraciones resulta especialmente necesaria cuando el estanque contiene materiales que puedan contaminar existencias de aguas actuales o futuras.Almacenamiento subterráneo. La inversión tanto en instalaciones de almacenamiento como en terrenos se puede reducir con frecuencia mediante el almacenamiento subterráneo. También se utilizan medios porosos entre rocas impermeables. Se pueden formar cavidades en lechos y cúpulas de sal mediante la disolución de esta última y su bombeo hacia el exterior. En muchos lugares se puede encontrar formaciones geológicas apropiadas para uno de estos métodos La aplicación más extensa ha sido del almacenamiento de productos petroleros, tanto líquidos corno gaseosos, en la parte del sudoeste de Estados Unidos. También se han manejado en esta forma productos químicos.

También se almacenan agua en depósitos subterráneos cuando se dispone en formaciones apropiadas. Cuando existe un exceso, en caso necesario, y se bombea a] interior del terreno para su recuperación cuando se requiera. Aveces, el bombeo innecesario y el líquido se filtran en el terreno.

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2. Almacenamiento De GasesRecipientes para gases. El gas se almacena a veces en recipientes dilatables ya sea de tipo de sello seco o sello líquido.

Los recipientes de sello líquido son muy conocidos. Tienen un recipiente cilíndrico cerrado en la parte superior y un volumen que varía mediante su ascenso y descenso en un depósito anular, con sello lleno de agua. El tanque sellado se puede escalonar

En diversas alturas (hasta cinco). Se han construido tanques sellados en tamaños de hasta 280,000m3(10 x 106 ft3 ). Los recipientes de sello seco tienen una parte superior rígida a las paredes laterales mediante un diafragma de tela flexible que le permite ascender y descender. No incluye el peso ni los costos de cimentación de los recipientes de sello líquido.

Solución de gases en líquidos. Algunos gases se disuelven con facilidad en líquidos. En algunos casos en los que las cantidades no son grandes, éste puede construir un procedimiento práctico de almacenamiento Algunos de los ejemplos gases que se pueden manejar en esta forma son el amoniaco en agua, el acetileno en acetona y el cloruro de hidrógeno en agua. El empleo o no de este método depende primordialmente de si la utilización final requiere cl estado líquido el anhidro. La presión puede ser atmosférica o elevada. La solución de acetileno en acetona es también un rasgo de seguridad, debido a la inestabilidad del acetileno.

Almacenamiento en recipientes a presión, botellas y líneas de tuberías La distinción entre recipientes a presión, botellas y tuberías es arbitraria. Todos ellos se pueden utilizar para el almacenamiento de gases a presión de almacenamiento suele ser casi siempre una instalación permanente. El almacenamiento de gas a presión no sólo reduce su volumen, sino que en muchos casos, lo licúa a la

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temperatura ambiente. Algunos de los gases que se encuentran en esta categoría son cl dióxido de carbono, varios gases del petróleo, el cloro, el amoniaco, el dióxido de azufre y algunos tipos de freón. Los tanques a presión se instalan con frecuencia en forma subterránea.El termino botella se aplica por lo común a un recipiente a presión suficientemente pequeño para ser convenientemente portátil. Las botellas van de aproximadamente 57 litros (2ft3) a las cápsulas de C02 de aproximadamente 16.4 ml (1 in3 ).

Las cuales son convenientes para cantidades pequeñas de muchos gases, incluyendo aire, hidrógeno, oxigeno, argón, acetileno, freón y gas de petróleo. Algunos son recipientes utilizables una sola vez.

Línea de tuberías.- Una línea de tuberías no es por lo común un depósito de almacenamiento, sin embargo, se ha enterrado tubería en una serie de líneas paralelas y conectadas y utilizando para el almacenamiento. Esto evita la necesidad de proporcionar cimentaciones y la tierra protege a la tubería contra las temperaturas extremas. La economía de este tipo de instalaciones sería dudosa si se diseñara para los mismos esfuerzos que un recipiente a presión. También se logra el almacenamiento mediante el incremento de la presión en líneas de tuberías operacionales y, en esa forma, se utiliza el volumen de tuberías como tanque.

Almacenamiento Criogénico y a bajas temperaturas:

Éste tipo se emplea para gases que se licúan a presión a la temperatura atmosférica. En el almacenamiento criogénico, el gas está a la presión atmosférica o cerca de ella y permanece líquido debido a la baja temperatura. También puede funcionar un sistema con una combinación de presión y temperatura reducida. El término "criogenia" se refiere por lo común a temperaturas por debajo de -101 C0(-1500F). No obstante, algunos gases se licúan entre -1010C(-1500F) y la temperatura ambiente. El principio es el mismo; pero las temperaturas criogénicas crean diferentes problemas con los materiales de construcción y aislamiento.El gas licuado se debe mantener en su punto de ebullición o por debajo de él. Es posible utilizar la refrigeración, pero la práctica habitual consiste en enfriamiento por evaporación.La cantidad de líquido evaporado se minimiza mediante el aislamiento. El vapor se puede descargar a la atmósfera (desecho), comprimirse y volverse a licuar o utilizar.

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Para temperaturas muy bajas con aire líquido y sustancias similares, el tanque puede tener paredes dobles con el espacio intermedio evacuado. Como ejemplo se tiene el matraz Dewar, muy conocido, En la actualidad se construyen tanques grandes e incluso líneas de tuberías en esta forma, Una buena alternativa es utilizar paredes dobles sin vacío; pero con un material de aislamiento en el espacio intermedio. La perlita y las espumas de plástico son de los materiales de aislamiento que se emplea de este modo. A veces, se utilizan tanto en aislamiento como el vacío.Materiales los materiales para recipientes de gas licuado deben ser apropiado para las temperaturas y no quebradizos, Se pueden utilizar algunos aceros al carbono hasta temperaturas de 590C (-750F ) y aceros de bajas aleaciones hasta -101 0C (-1500F )y, a veces, -1290C (-2000F). Por debajo de esas temperaturas, los principales materiales que se emplean son los aceros inoxidables austeníticos (AISI serie 300) y el aluminio.Los Tanques de Almacenamiento son estructuras de diversos materiales, por lo general de forma cilíndrica, que son usadas para guardar y/o preservar líquidos o gases a presión ambiente, por lo que en ciertos medios técnicos se les da el calificativo de Tanques de Almacenamiento Atmosféricos.Los tanques de almacenamiento suelen ser usados para almacenar líquidos, y son ampliamente utilizados en las industrias de gases, del petróleo, y química, y principalmente su uso más notable es el dado en las refinerías por sus requerimientos para el proceso de almacenamiento, sea temporal o prolongado; de los productos y subproductos que se obtienen de sus actividades.

Normas para tanques de almacenamiento

Para el cálculo, diseño y construcción de estos equipos existen varias Normas y Códigos, pero las más difundidas y empleadas en las industrias de procesos son las del American Petroleum Institute (API), siendo los estándares aplicables los siguientesAPI Standard 620 (1990): es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 2.5 y a temperaturas no superiores a 93°CAPI Standard 650 (1998): es aplicable a grandes tanques horizontales o verticales soldados en el campo, aéreos que operan a presiones en el espacio vapor menores a 1.5 y a temperaturas no superiores a 121°CAPI Especificación 12D: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados en el campo para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 75 y 1500 m3API especificación 12F: es aplicable a tanques horizontales o verticales soldados

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en taller para almacenaje de líquidos de producción y con capacidades estandarizadas entre 13.5 y 75 m3API Standard 653 (1991): es aplicable a la inspección, reparación, alteración desmontaje y reconstrucción de tanques horizontales o verticales, basándose en las recomendaciones del STD API 650. Recomienda también la aplicación de las técnicas de ensayos no destructivos aplicables.Existen otras normas:ASME, Boiler and Pressure Vessel Code (Edith 2001), Sección VIII y X: es aplicable para el diseño de diferentes recipientes y tanques tanto cilíndricos, esféricos como de sección rectangular. Se trata de los estándares más reconocidos mundialmente en este campo de aplicaciónUnderwriters Laboratories (UL) Standard UL 142: es aplicable a tanques de acero de diferentes diseños soldados en taller para almacenaje de líquidos inflamables y combustiblesBritish Standard (BS) 2594: es aplicable a tanques cilíndricos horizontales de acero al carbono soldadoBS 4994: comprende las especificaciones para el diseño y construcción de recipientes y tanques en plásticos reforzadosBS 6374: comprende las especificaciones para el recubrimiento de recipientes y tanques con materiales poliméricosASTM D 3299 / 4021 / 4097: comprende las especificaciones para tanques plásticos reforzados con fibra de vidrio

USOS Y APLICACIONES DE TANQUES DE ALMACENAMIENTOS

Producción ( refinería ) Yacimiento Terminal de despacho Reserva